自動(dòng)控制原理

前言

自動(dòng)控制原理課程是高等工科院校電氣信息類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎遍及電類及非電類的各個(gè)工程技術(shù)學(xué)科。本教材以經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用為主要內(nèi)容，全面闡述了自動(dòng)控制的基本理論，系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和綜合的基本方法。在保證理論體系的系統(tǒng)性和完整性的前提下，內(nèi)容編排上力求做到少而精，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)物理概念，減少繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，理論聯(lián)系工程實(shí)際。教材共分八章。第一章簡(jiǎn)要介紹自動(dòng)控制的基本概念、自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程，進(jìn)而引出自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類方法，以及工程上對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求；第二章系統(tǒng)地介紹了描述控制系統(tǒng)的三種數(shù)學(xué)模型，即微分方程、傳遞函數(shù)和系統(tǒng)框圖及它們之間的相互關(guān)系，介紹了利用結(jié)構(gòu)圖等效化簡(jiǎn)和梅遜增益公式確定系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的方法；第三章介紹了線性系統(tǒng)的時(shí)域分析，分析研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，主要研究一階系統(tǒng)、二階系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及性能指標(biāo)；第四章介紹了線性系統(tǒng)根軌跡分析方法，重點(diǎn)討論了根軌跡的繪制法則以及利用根軌跡分析系統(tǒng)性能的方法；第五章頻率特性分析法是工程上重點(diǎn)應(yīng)用的方法，對(duì)頻率域作圖、分析的原理進(jìn)行了詳細(xì)討論，介紹了頻域穩(wěn)定判據(jù)，給出了頻域指標(biāo)的計(jì)算及分析方法；第六章主要介紹系統(tǒng)校正的作用和方法，分析串聯(lián)校正、反饋校正和復(fù)合校正對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能的影響；第七章介紹了工程實(shí)際中常見(jiàn)的非線性特性，討論了非線性系統(tǒng)的描述函數(shù)法和相平面法；第八章介紹了采樣系統(tǒng)的分析，詳細(xì)討論了變換理論，采樣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。本教材以最基本的內(nèi)容為主線，注重基本概念和原理的闡述，突出工程應(yīng)用方法，理論嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)性強(qiáng)，便于讀者自學(xué)；每章有本章總結(jié)，同時(shí)配有適量的例題和習(xí)題，以配合課堂教學(xué)，幫助讀者準(zhǔn)確理解有關(guān)概念，掌握解題方法和技巧。

內(nèi)容概要

本書(shū)是工科院?！白詣?dòng)控制原理(經(jīng)典控制)”課程的教材。根據(jù)教學(xué)要求，書(shū)中比較全面地介紹了經(jīng)典控制理論的基本內(nèi)容，力求從基本原理和概念出發(fā)，突出重點(diǎn)，淡化繁瑣的理論推導(dǎo)，注重理論與實(shí)際的結(jié)合。全書(shū)共分八章，內(nèi)容包括自動(dòng)控制系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、根軌跡法、頻率特性分析法、自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正、非線性控制系統(tǒng)及采樣控制系統(tǒng)。    本書(shū)可作為高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)及各相關(guān)專業(yè)本科生的教材，也可作為高職高專院校及成人院校相近專業(yè)學(xué)生的教材。

書(shū)籍目錄

第一章  自動(dòng)控制系統(tǒng)概論  第一節(jié)  引言  第二節(jié)  自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成  第三節(jié)  控制系統(tǒng)的主要類型及控制方式  第四節(jié)  對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求  本章小結(jié)  習(xí)題第二章  控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  第一節(jié)  控制系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型  第二節(jié)  傳遞函數(shù)  第三節(jié)  方塊圖  第四節(jié)  典型控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)  本章小結(jié)  習(xí)題第三章  控制系統(tǒng)的時(shí)域分析  第一節(jié)  典型輸入信號(hào)和時(shí)域性能指標(biāo)  第二節(jié)  一階系統(tǒng)的時(shí)域分析  第三節(jié)  二階系統(tǒng)的時(shí)域分析  第四節(jié)  高階系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程  第五節(jié)  系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析  第六節(jié)  控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差  本章小結(jié)  習(xí)題第四章  根軌跡法  第一節(jié)  根軌跡法的基本概念  第二節(jié)  繪制根軌跡的基本法則  第三節(jié)  廣義根軌跡和零度根軌跡  第四節(jié)  系統(tǒng)性能分析  本章小結(jié)  習(xí)題第五章  頻率特性分析法  第一節(jié)  頻率特性的基本概念  第二節(jié)  對(duì)數(shù)頻率特性  第三節(jié)  幅相頻率特性(極坐標(biāo)圖)  第四節(jié)  奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)  第五節(jié)  控制系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性  第六節(jié)  開(kāi)環(huán)頻率特性與控制系統(tǒng)性能的關(guān)系  本章小結(jié)  習(xí)題第六章  控制系統(tǒng)的校正  第一節(jié)  校正的基本概念  第二節(jié)  串聯(lián)校正  第三節(jié)  反饋校正  第四節(jié)  復(fù)合校正  本章小結(jié)  習(xí)題第七章  非線性控制系統(tǒng)  第一節(jié)  非線性系統(tǒng)概述  第二節(jié)  描述函數(shù)法  第三節(jié)  相平面法  本章小結(jié)  習(xí)題第八章  采樣控制系統(tǒng)  第一節(jié)  信號(hào)的采樣與復(fù)現(xiàn)  第二節(jié)  z變換與z反變換  第三節(jié)  脈沖傳遞函數(shù)  第四節(jié)  采樣系統(tǒng)的分析  本章小結(jié)  習(xí)題附錄

章節(jié)摘錄

插圖：自動(dòng)控制學(xué)科由自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)控制理論兩部分組成。近幾十年來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)正在迅猛地發(fā)展，并在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)和航空、航天事業(yè)等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)已滲透到各學(xué)科領(lǐng)域，成為促進(jìn)當(dāng)代生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要因素。一、自動(dòng)控制相關(guān)概念1.自動(dòng)控制所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用自動(dòng)控制裝置（簡(jiǎn)稱控制器）使被控對(duì)象（生產(chǎn)裝置、機(jī)器設(shè)備或其他過(guò)程）的某些物理量（稱為被控量）自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行或變化。事實(shí)上，任何技術(shù)設(shè)備、工作機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程都必須按要求運(yùn)行。例如，要想發(fā)電機(jī)正常供電，其輸出的電壓和頻率必須保持恒定，盡量不受負(fù)荷變化的干擾；要想數(shù)控機(jī)床能加工出高精度的工件，就必須保證工作臺(tái)或刀架的進(jìn)給量準(zhǔn)確地按照程序指令的設(shè)定值變化；要使烘烤爐提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，就必須嚴(yán)格地控制爐溫；導(dǎo)彈能準(zhǔn)確地命中目標(biāo)、人造衛(wèi)星能按預(yù)定軌道運(yùn)行并返回地面、宇宙飛船能準(zhǔn)確地在月球上著落并安全返回，以及工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，諸如溫度、壓力、流量、液位、頻率等方面的控制，所有這一切都是以高水平的自動(dòng)控制技術(shù)為前提的。自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，改善勞動(dòng)條件，而且在人類征服大自然、探索新能源、發(fā)展空間技術(shù)和創(chuàng)造人類社會(huì)文明等方面都具有十分重要的意義。因此，掌握自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者必須具備的一門技術(shù)。2.自動(dòng)控制理論實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制技術(shù)的理論叫自動(dòng)控制理論，它是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。3.自動(dòng)控制系統(tǒng)指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行控制的系統(tǒng)。二、自動(dòng)控制理論的發(fā)展?fàn)顟B(tài)隨著自動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多新問(wèn)題，這些問(wèn)題要求從理論上加以解決。自動(dòng)控制理論正是在解決這些實(shí)際技術(shù)問(wèn)題的過(guò)程中逐步形成和發(fā)展起來(lái)的。它是研究自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論，是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。

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